Промышленный робот Советский патент 1985 года по МПК B25J11/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к промышленным роботам. Целью изобретения является расширение технологических возможностей промышленного робота за счет обеспечения вращения вала цапфы и установки его в различных точках О, 90 и 180° На фиг. 1 изображен промышленный робот, установленный на металлорежущем станке, общий вид; на фиг. 2 конструкция подъемного элемента;, на фиг. 3 - соединение между рычагом, цапфой и двойной рукой; на фиг. 4 цапфа, поперечный разрез; на фиг. 5 то же, продольный разрез; на фиг. 6 взаимосвязь между цапфой и механизмом прерывистого движения; на фиг. 7 - механизм прерывистого движения, разрез; на фиг. 8 г вращаюищй механизм цапфы; на фиг. 9 - второй пневмоцилиндр, разрез; на фиг. 10 операции четырехпозиционного перемеще ния; на фиг. 11 и 12 - операции установки и выемки заготовки,вьтолн}пощие промышленным роботом (а, Ь, с, d, е) Металлорежущий станок 1 имеет патрон 2, связанный со шпинделем, для удержания обрабатываемой детали, поднесенной к патрону промыпшенным роботом, и дверцу 3 (открытое положение) , которую можно перемещать в направлении стрелки для закрывания подвижных частей станка, когда идет операция резки заготовки. Стол 4 для обрабатываемых заготовок, вьшолненный из стальной рамы и имеющий множество способных перемещаться по столу поддонов 5 питателя, каждый из которых несет заготовку 6. Поддоны 5 под заготовки 6 перемещают в сущности по элипсовой траектории по поверхности стола 4 посредством приводного устройства (не показано). При перемещении поддона на позицию, при которой поддон располагается ниже захватного устройства робота, подъемный элемент 7 поднимает этот поддон так, чтобы робот мог захватить заготовку. Подъемный элемент 7 (фиг. 2) включает основание 8 для толкания поддона 5 в направлении вверх от стола 4. Основание 8 на своей верхней поверхности имеет пальцы 9, входящие в фиксирующие отверстия, выполненные в поддоне 5, и направляющий шток 10, прикрепленный к нижней стороне упомянутого основания, к каждому из четырех углов последнего. Каждый направляющий шток 10 проходит через верхнюю поверхность стола 4. Толкакяций шток 11 имеет нижний резьбовой конец, взаимодействующий с подъемным винтом 12, Последний связан с приводным двигателем 13 через ремень 14 таким образом, что при вращении двигателя винт 12 поворачивается, осуществляя тем самым поднимание и опускание толкающего штока 11,. а следовательно, и поддона 5 через основание В. Позиция 14 обозначает тормоз. Промышленньй робот 15 включает основной корпус 16, смонтированный на верхней поверхности металлорежущего станка 1 и способный совершать перемещение в направлении шпинделя (т.е. вдоль оси X) при помощи пневмоцилиндра (не показан), рычаг 17, прикрепленный шарнирно к основному корпусу 16 с возможностью поворотного движения, двойную руку 18, цапфу 19 и пневмоцилиндр 20, шарнирно прикрепленный к основному корпусу 16 с возможностью совершения качательного движения. Двойная рука 18 содержит первьй захват 21 и второй захват 22, расположенные один над другим и способные совершать синхронное вращение при помощи вращающегося механизма цапфы, описываемого ниже. Захваты 21 и 22 имеют соответствующие друг другу пальцы 23 и 24, которые могут независимо один от другого перемещаться в сомкнутое и разомкнутое положение. Цапфа 19 крепится к фиксирующему кронштейну (не показан), прикрепленному к концу рычага 17. На фиг. 3 показан упрощённый вид цапфы и окружающих ее частей, а на фиг. 4 и 5 дан более детальный вид этой цапфы. Опорный кронштейн 25 имеет дугообразную направляющую щель 26, -позволяющую регулировать угол S между рычагом 17 и цапфой 19. После ослабления гайки 27 устанавливают необходимый угол, который фиксируют затягиванием упомянутой гайки. Угол S регулируют так, чтобы захватывающие поверхности захватов 21 и 22 бьши параллельны поверхности питателя заготовок при one- рации захватывания необработанной детали с питателя.. Цапфа 19 включает корпус (цилиндрическое тело) 28, вращающийся вал 29, размещенный в корпусе 28 с возможностью вращения, проволоки 30 и 31, охватывающие вращающийся вал, подшип ники 32 и четыре механизма прерывистого движения 33 (показан только один), обеспечивающих приостановку вращающегося вала 29 в какой-либо одной, выбранной из четырех позиций, соответствующих О , 80 . Один конец проволоки 30 при помощи винта прикреплен к вращающемуся валу 29 и несколькими витками охватывает последний, а другой ее конец прикреплен к подвижному пневмоцилиндру чере ,шкив вращающегося механизма внутри рычага. Один конец проволоки 31 ана1ЛОГИЧНЫМ образом прикреплен винтом |К вращающемуся валу 29 и охватывает последний, а другой конец его прикреплен винтом к пневмоиилинпру. Следовательн когда пневмоцилиндр (не показан на фиг. 4) при-движении тянет проволоку 30 вправо или влево (фиг. 5), вра щающийся вал 29 вращается либо по часовой, либо против часовой стрелки поворачивая при этом двойную руку 18 (см. фиг. 1 и 3), которая прикреплен к вращающемуся валу 29 так, что обра зует с ним единое целое тело. Механизмы 33 прерывистого движения пре,дотвращают колебания цапфы 19 и обес печивают фиксацию последней в любой из позиций, соответствующих О , ±90 и 180°. Колебания нагрузочного крутящего момента подвергают проволоки 30 и 31 упругой деформации, что приводит к колебаниям цапфы 19. Для предотвра щения таких колебаний вращающийся вал 29 включает четыре У-образных. фиксирующих выреза ЗА; один вьфез располагают на каждой из четырех позиций о, вращающемся валу. Кроме того, механизмы прерывис того движения имеются и на корпусе (цилиндрическом теле) 28, где дни удалены друг от друга на угол 90° для совмещения с вырезами 34 (см. фиг. 5 и 6). На фиг. 7 показан разрез механизма 34 прерывистого движения, имеющий полую зажимную гайку 35, навинчивающуюся на резьбу, вьшолненную внутри корпуса (цилиндрического тела) 28, шарик 36, пружину 37, установленную в полую часть зажимной гайки 35 для отталкивания шарика 36 к центру вра,щающегося вала 29. Таким образом, шарик 36 под давлением вступает в ко такт с окружной поверхностью 38 вращающегося вала 29 при вращении последнего. При остановке вращагацегося вала в положениях О , 90и 180 шарик 36 под действием силы давления пружины 37 заталкивается в один из У-образных вьфезов 39, удерживая таким образом вращающийся вал 29 от колебаний. Пневмоцилиндр 20 осуществляет поворачивание рычага 17, для этого он включает порщневой шток, один конец которого прикреплен к рычагу. Справа и слева к пневмоцилиндру 20 подводятся трубопроводы подачи воздуха (не показаны). При подаче воздуха из трубопровода у правого конца пневмоцилиндра поршневой шток выходит из цилиндра, поворачивая рычаг 17 в направлении стрелки А. При подаче воздуха из трубопровода у левого конца пневмоцилиндра поршневой шток входит в цилиндр, поворачивая рычаг 17 в направлении стрелки В. Для обеспечения надежных режимов установки и извлечения заготовок угол поворота рычага 17 и расстояние, проходимое корпусом робота 16 продольно шпинделю, ограничивают при помощи концевых выключателей или упоров, принимая во внимание положение патрона и положение поддона 5, когда он поднят подъемным элементом 7. Вращающийся механизм- 19 цапфы (фиг. 8) содержит.первый пневмоцилиндр 39, второй пневмоцилиндр 40 и шкив 41, который размещен внутри рычага 17, именщего полую удлиненную форму. Рычаг 17 имеет раму 42, к которой неподвижно прикреплен первый пневмоцилиндр 39. Первый пневмоцилиндр имеет поршневой шток 43 и приспособлен для перемещения этого поршневого штока на расстоянии, соответствующее180 оборота цапфы. К соответствукяцим концам пневмоцилиндра 39 подсоединены трубопроводы (каналы) подачи воздуха 44 и 45. На первом пневмоцилиндре 39 установлен шкив 41. Между вторым пневмоцилиндром 40 и цапфой 19 протянуты проволоки 30 и 31. Когда эти проволоки тянут влево или вправо, (на фиг.В), вращающийся вал совершает вращение вперед или назад. За одно целое с первым пневмоцилиндром выполнена направляющая планка 46, вдоль которой перемещается второй пневмоцилиндр 40. Второй пневмоцилиндр 40 (фиг. 10) имеет ножки 47, подшипники 48 (фиг. включенные в упомянутые ножки, крепежный элемент 49, к которому непод вижно прикреплены проволоки 30, 31, причем указанный крепежный элемент жестко прикреплен к раме 50 второго цилиндра посредством винтов, и труб проводы подачи воздуха 51 и 52, подсоединенные к соответствующим концам цилиндра. Второй пневмоцилиндр 40 посажен на направляющую планку 46 с возможностью свободного перемещени по ней при помощи подшипников 48. Проволоки 30и 31, прикрепленные одним своим концом к вращающемуся валу 29 цапфы посредством винтов, имеют соответствующие друг другу БИНТЫ 53 и 54, прикрепленные к други их концам. Эти винты проходят сквозь отверстия, выполненные в крепежном элементе 49, и прикреплены к последней затянутыми с обеих сторон ее гайками. Ко второму цилиндру таким образом крепятся проволоки. На фиг.8 позиция 54 обозначает пару роликов, установленных на рычаге 17. Хотя дли на проволок при регулировании угла 9 между (фиг. 3) рьиагом 17 и цапфой 1 от вращающегося вала 29 цапфы меняется, такое изменение длины можно регулировать вращением винтов 53 . и 54. Поршневой шток 43 является общим для первого и второго пневмоцилиндров 39 и 40. К концу поршневого штока 43, расположенному в первом пневмоцилиндре 39, прикреплен поршень 55 а к концу поршневого щтока, расположенному во втором пневмоцилиндре 40, поршень 56. Таким образом, в каждом воздушном цилиндре образованы две воздушные камеры и, следовательно, всего имеется четыре воздушные камеры. Позиция 57 обозначает ограничитель, точной регулировкой которсзго обеспечивают регулирование длины хода поршневого штока 43. Четырехпозидионную установку цапфы или захватов устанавливают следую щим образом. Цапфу 19 устанавливают в одну из позиций 0°, ±90и 180, в зависимости от чего в соответствующие камеры из четырех воздушных камер, образованных в перовом и втором пневмоцилиндрах 39 и 40, подают воздух под давлением. Цапфа 19 распо лагается в позиции 90 , когда поршне вой шток 43 и второй цилиндр 40 имеют взаимные позиционные положения, показанные на фиг. 8. При подаче роздуха в цилиндры из впускных каналов 45 и 51 второй цилиндр 40 совершает перемещение влево, чтобы занять положение, показанное на фиг. 10. При движении цилиндра 40 движутся проволоки 30, 31, устанавливающие вращающийся вал в положение О . С другой стороны, при подаче воздуха только в первый пневмоцилиндр 39 из впускного канала 44 (на фиг. 8) поршневой шток 43 перемещается вправо на расстояние, соответствующее обороту на 180°. При перемещении на это расстояние поршень 56 доходит до упора в правую стенку второго пневмоцилиндра 40, как только будет достигнута первая половина хода поршня, соответствующая обороту на 90 , После этого второй пневмоцилиндр 40 сов.ершает перемещение вправо на расстояние, соответствующее обороту на 90 , проходя вторую половину хода поршня. Общее расстояние, покрываемое вторым цилиндром 40 соответствует 90и таким образом цапфа 19 в этом случае занимает позицию 180°(см. фиг. 10). Далее, если воздух подавать в пневмоцилиндры из впускных каналов 44 и 52, начиная с состояния, показанного на фиг. 10,.которое соответствует позиции 180 , то пневмоцилиндр 40 будет перемещаться далее вправо на расстояние, соответ- ствующее обороту 90 , и тянуть проволоки, поворачивающие при этом цапфу 19 на 270 (-90°) (цапфа занимает позицию 90 , что соответствует виду на фиг. 8). Перемещение обрабатываемой детали 6 между столом 4 и. металлорежущим станком 1, а точнее установка и выемка обрабатьгоаемой детали, показано на фиг. 11 и 12. Примем продольное -направление шпинделя металлорежущего станка за ось Х, а направление поворота рычага за ось А. Прежде 4QM робот приступит к выполнению своих функций, необходимо выполнить ряд настроек и регулировок. Во-первых, повернуть рычаг в обратном направлении по оси А, т.е. против часовой стрелки, затем установить ,такой угол между цапфой 19 и рычаjroM 17, чтобы захватывающий центр захвата 21, удерживаемого перед патроном 2, совпадал с центром патрона. Такое состояние показано сплошными пиниями на фиг. 11. После такой регулировки затягивают гайку 27 (фиг. 3), фиксируя угол, установлен ный между цапфой и рычагом. Далее устанавливают ограничитель (не пока зан) для оси А для ограничения поворотного движения рычага 17 в обратном направлении (против часовой стрелки) по упомянутой оси. Кроме того, регулируют положение ограничи. тельной пластины (не показана), устанавливая предел хода рычага 17 в обратном направлении по оси X. Далее рычаг 17 перемещают вдоль оси X в прямом направлении по оси X и поворачивают по оси А в прямом направлении (по часовой стрелке) таким образом, чтобы захватывающие поверхности захвата 21 располагались параллельно поверхности поддона питателя заготовок. (Это состояние показано пунктирными линиями на фиг. 10). После этого регулируют положение оставшегося ограничителя (не показан) для ограничения поворотного движения рычага 17 в прямом направлении по оси А, и положение ограничительной пластины (не показана) для ограничения движения рычага 17 в прямом направлении по оси X На этом завершаются ограничительные и другие регулировки, в результате чего робот готов к обслуживанию металлорежущего станка так, как это описывается ниже. Предположим, что захват 22 захватывает еще не обработанную деталь 6 в начале предСТОЯ1ЦИХ последовательных операций, а захват 21 свободен. Установку и выгрузку обрабатываемых деталей отно сительно патрона 2 (без операции укладки деталей на поддон) выполняют в следующей последовательности, отражакжей работу робота; по сигналу, генерируемому устройством управления 58 (фиг. 11), установленному в задней части металлорежущего станка, открывают дверцу 3; пусковым сигналом поворачивают рычаг 17 в обратном направлении по оси А; сигналом рычаг 17 перемещают в обратном направлении по оси X, после чего смыкают пальцы 23 захвата 21 обработанной детали, удерживаемой патроном 2; патрон 2 раскрывают, освобождая деталь 6; сигналом рычаг 17 перемещают на короткое расстояние в прямом направлении по оси X: захваты 21 и 22 поворачивают на 180 относительно цапфы, после чего сигналом рычаг 17 перемещают в обратном направлении по оси X для подношения необработанной детали 6, удерживаемой захватом 22, к патрону 2; патрон 2 закрывают для захвата им необработанной детали 6, после чего пальцы 23 д}азводят, освобождая деталь 6; сигналом рычаг 19 перемещают в прямом направлении по оси X, после чего рычаг поворачивают в прямом направлении по оси А при помощи сигнгша пуска рычага; дверцу 3 металлорежущего станка 1 закрьгаают; захваты 21 и 22 поворачивают на 90°относительно цапфы в положение, при котором захват 22 ниже захвата 21; поддон 5 питателя заготовок, несущий необработанную деталь 6, поднимают, как показано на фиг. 12, поднимая таким образом деталь 6 к захвату 22; смыкают пальцы 23 для захвата детали 6, после чего поддон опускают на часть пути; захваты 21, 22 поворачивают на 180°относительно цапфы t7, устаг навливая их в положение, при котором, захват 21 располагается ниже захвата 22; поддон 5 поднимают; пальцы 23 захвата 2t раз в1асают, укладывая деталь 6 на поддон 5; поддон 5 опускают к столу А (фиг. 1), и захваты 21 и 22 поворачивают на 90 относительно цапфы.17 для выполнения следуюцего цикла

ПРОМЬШШЕННЫЙ РОБОТ, смонтированный на корпусе металлорежущего станка, содержащий механическую руку, установленную с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной продольной оси шпинделя металлорежущего станка, захватный орган, установленньй на одном конце механической руки при помощи цапфового механизма, имеющего вал и приводы, о т л и ч щ и и с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, привод поворота захватного органа выполнен в виде двух пневмоцилиндров, имеющих общий шток, несущий регулируемые ограничители хода, при этом первый пневмоцилиндр расположен на руке неподвижно и имеет размещенные на своем корпусе шкив и направляющую планку, на которой с возможностью перемещения установлен второй пневмо . цилиндр, а элементы натяжения, соединяющие между собой вал цапфового О) механизма и шкив, прикреплены к корпусу второго пневмоцилиндра.

Ptf д. Я

зв

34

/«

РивЛ

t3

S6 Jf«74e« 07 Si

Я7 s 30 «a tto

«0

3t M ate n

I Itll /

/

I

a к

(Пив. в

39

( 56

I

I rfl

55

57 57

39 55

fl

55

39

I

в

57 3 57 56W

39

,/ / / V

IJ rf I

Ч

«J 57 57 4fO 56

L

55 0

«J 57 57

I

I i

V /

Фаз. 10

iPue. 11

21

ff 21

z

22

21